L’impatto dell’evento combinato Ignimbrite Campana-Heinrich Event 4 sugli ecosistemi umani europei di 40 ka BP 1 2 3 B. Giaccio , F.G. Fedele , R. Isaia 1Istituto di Geologia Ambientale e Geoingegneria, CNR, Roma, Italia 2Cattedra e Laboratorio di Antropologia, Università di Napoli ‘Federico II’, Napoli, Italia 3Osservatorio Vesuviano, Istituto Nazionale di Geofisica e Vulcanologia, Napoli, Italia [email protected] SOMMARIO: Vengono presentati i risultati di uno studio interdisciplinare sull’impatto dell’evento combinato vulcanico-climatico della “super-eruzione” dell’Ignimbrite Campana (IC) avvenuta ai Campi Flegrei e dell’episodio di acuto raffreddamento dell’Heinrich Event 4 (HE4), entrambi di c. 40.000 anni BP, sugli ecosistemi umani europei al passaggio Paleolitico medio/Paleolitico superiore. Questi risultati indicano che il raffreddamento globale indotto dall’evento eruttivo dell’IC, stimato intorno ai 3-4 °C, si determinò esattamente all’inizio dell’HE4, con probabile prolungamento ed amplificazione degli effetti climaticoambientali e conseguente notevole impatto sui gruppi paleolitici. Questa ipotesi è argomentata sulla base delle tendenze e dei processi climatici in prossimità dell’evento dell’IC, sui parametri fisici e chimici dell’eruzione nonché sulle evidenze archeologiche derivanti dall’analisi sia del contesto generale europeo che di alcune importanti sequenze stratigrafico-culturali contenenti il tefra dell’IC distribuite in un’ampia area tra l’Italia meridionale e la Russia. 1 IL PROBLEMA SCIENTIFICO Un recente rapporto di un gruppo di lavoro della Geological Society of London (Sparks et al., 2005) ha posto all’attenzione della comunità scientifica e politica internazionale le così dette “super-eruzioni” vulcaniche come potenziale minaccia per la popolazione umana e per gli ecosistemi su scala planetaria. Questi eventi catastrofici estremi, capaci di emettere centinaia di chilometri cubi di magma, sebbene non attesi nell’immediato futuro, hanno sicuramente una frequenza e una probabilità di verificarsi molto più elevata dell’impatto di asteroidi, con equivalente potere distruttivo, che recentemente hanno ricevuto la giusta attenzione da parte di numerosi organi governativi. A parte la devastazione locale, connessa alla spessa copertura di depositi piroclastici che arresta completamente il ciclo vitale nel raggio di oltre 100 km dal punto di emissione, la più significativa minaccia globale delle supereruzioni è senz’altro rappresentata dalle perturbazioni climatiche. Gli areosol prodotti dall’ossidazione di composti di zolfo iniettati nell’atmosfera dalle eruzioni vulcaniche agiscono infatti come schermi riflettenti della radiazione solare, determinando un generale raffreddamento della superficie terrestre la cui entità è funzione della massa di zolfo emessa (es. Robock, 2000). L’eruzione dell’Ignimbrite Campana (IC, Campi Flegrei, Italia meridionale) di c. 40 ka BP è da tempo riconosciuta come uno dei maggiori eventi esplosivi della storia vulcanica mediterranea degli ultimi 200 ka e considerata come un esempio di super-eruzione (Sparks et al., 2005; Marianelli et al., 2006) (si veda Tab. 1 per una sintesi dei parametri eruttivi). Il presente articolo riassume alcuni anni di ricerche interdisciplinari sui potenziali effetti climaticoambientali di questa catastrofica eruzione (es. Fedele et al., 2003; Giaccio, 2005; Fedele et al., 181 Clima e cambiamenti climatici: le attività di ricerca del CNR siderazione dei ritmi e dei processi coinvolti nella cosiddetta “transizione Paleolitico medio/Paleolitico superiore” (Pm/Ps), spesso intesa come una delle più marcate modificazioni bio-culturali della preistoria del Vecchio Mondo. 2 ATTIVITÀ DI RICERCA E RISULTATI Figura 1: Area minima di distribuzione delle ceneri dell’Ignimbrite Campana (IC) con ubicazione dei siti paleolitici nei quali sono state rinvenute. 2006; Giaccio et al., 2006). I risultati mostrano, non solo che l’eruzione dell’IC ebbe un notevole impatto climatico, ma anche come questo evento, insieme con altri fattori paleoclimaticoambientali, ponga le basi per una radicale ricon- Nell’ambito del prolungato e intenso dibattito intorno alla cosiddetta transizione Pm/Ps, databile a c. 45-35 ka BP, e alla ipotetica, coeva sostituzione del tipo fisico di Neandertal da parte di popolazioni di Homo sapiens di "anatomia moderna", il contributo del progetto di ricerca sull’IC è duplice: cronologico ed ecologico. Sul piano della dimensione temporale, lo studio ha evidenziato una valenza formidabile dell’IC come marker per la determinazione dell’età, ritmi e contesto paleoclimatico del passaggio Pm/Ps. Il tefra dell’IC è stato infat- Tabella 1: sintesi dei parametri vulcanologici e dei dati relativi all’impatto dell’Ignimbrite Campana (da Fedele et al., 2006; submitted, con riferimenti). Area di emissione Stile eruttivo Campi Flegrei /Campanian Volcanic Zone Pliniana seguita da collasso calderico e generazione flussi piroclastici Massima altezza della colonna pliniana c. 44 km Minima altezza della nube co-ignimbritica c. 30-35 km Volume di depositi piroclastici eruttati c. 500-600 km3 Volume equivalente di magma denso eruttato c. 200-300 km3 Distanza minima raggiunta dai flussi piroclastici 100 km Area minima investita dai flussi piroclasiti 30.000 km2 Area minima investita dall'ash fallout 5.000.000 km2 Tasso di emissione stimato c. 1010-1011 kg s-1 Temperatura eruttiva c. 1000 °C Stima dello zolfo iniettato nell'atmosfera 2.1 ± 0,8 1015 Segnale vulcanogenico nella carota GISP2 375 ppb SO42- (secondo più ampio dell'itero record) Migliori stime di età 40,012 ka BPGISP2; 39.395 ± 0,051 ka BPAr/Ar Eventi geofisici, climatici e cosmogenici correlati Inizio dell'Heinrich Event 4, Laschamp Event e picco di 10Be e 14C Direzione del vento ed area impattata E, NE Raffreddamento indotto 3-4°C Fattore di raffreddamento alle alte latitudini (>60° N) 4-7 (c. 12-20 °C) Possibile amplificazione/prolungamento degli Si, anomalia dell'Heinrich Event 4 effetti Evidenze di impatto sulle popolazioni umane Si, discontinuità archeologiche in siti del sud Italia ed est Europa 182 Ricostruzione dei climi del passato ti identificato in alcuni importati siti, o gruppi di siti europei (Fig. 1) in stretta relazione con livelli archeologici attribuiti alle fasi più antiche del Paleolitico superiore tradizionalmente inteso (es. Giaccio et al., in press). In queste sequenze l’IC marca inoltre l’abbandono dei siti o una prolungata interruzione della frequentazione umana. L’esame di numerose sequenze stratigrafiche del mediterraneo contenenti il tefra dell’IC ha inoltre evidenziato che l’eruzione si verificò in stretta coincidenza temporale con alcuni importanti eventi o marker stratigrafico-temporali globali dello stadio isotopico marino 3 (MIS 3), grazie ai quali è stato possibile identificare il segnale dell’IC anche nel record paleoclimatico ad alta risoluzione groenlandese GISP2 (Tab. 1) (es. Fedele et al., 2003; Giaccio, 2005). La precisa definizione della posizione etnostratigrafica dell’IC, da un lato, e l’individuazione del suo segnale nella carota GISP2, dall’altro, ha quindi permesso di correlare, con elevato dettaglio stratigrafico, queste importanti serie archeologiche europee direttamente alla stratigrafia isotopica groenlandese (Giaccio et al., 2006; Anikovich et al., 2007). Questa correlazione mostra un suggestivo parallelismo tra cambiamenti culturali e processi climatici in atto, caratterizzati da una marcata instabilità e da una progressiva tendenza al raffreddamento ed inaridimento, suggerendo un possibile legame tra i due fenomeni (Fedele et al., 2006; Fedele et al., submitted). Sul piano dell’impatto climatico-ambientale, in base alla stima di zolfo emesso nel corso dell’eruzione dell’IC (c. 2 × 1015 g) (Giaccio, 2005; Fedele et al., 2006), comparabile a quella delle più grandi eruzioni dell’intero record vulcanico globale (es. Toba e Bishop Tuff), è stato possibile valutare in circa 3-4 °C l’abbassamento della temperatura globale o semiglobale indotto dall’evento vulcanico. Sebbene un simile “inverno vulcanico” sarebbe di per sé sufficiente ad indurre drastiche alterazioni degli ecosistemi persino in una fase interglaciale, i peculiari processi climatici in atto al tempo dell’eruzione probabilmente ne amplificarono e prolungarono l’impatto. Alcune sequenze del Mediterraneo mostrano infatti una stretta coincidenza stratigraficotemporale tra tefra dell’IC e l’inizio di una marcata fase di raffreddamento e inaridimento del clima corrispondente all’Heinrich Event 4 (HE4) (Tab. 1). Queste stesse sequenze, ed altre distribuite tra il Mediterraneo occidentale e l’area nord atlantica, indicano inoltre che le condizioni climatiche dell’HE4 furono particolarmente più fredde e aride di quelle associate agli altri Heinrich Events. Considerando quindi la coincidenza dell’eruzione dell’IC con l’inizio dell’HE4, le anomale condizioni climatiche associate a questo evento possono essere interpretate in termini di meccanismi di feedback positivi innescati dall’interazione tra il raffreddamento indotto dall’IC e gli altri processi di riorganizzazione del sistema climatico connessi all’HE4. L’evento dell’IC avrebbe quindi contribuito come ulteriore fattore di raffreddamento, di almeno 3 °C, esattamente pochi decenni dopo il brusco inizio di uno degli Heinrich Events, gli episodi climatici freddi connessi ai più drastici processi di riorganizzazione climatica dell’Ultimo Glaciale. 3 CONCLUSIONI E PROSPETTIVE FUTURE Il quadro vulcanologico, paleoclimaticoambientale e archeologico che emerge (dinamica dell’eruzione, enorme massa di zolfo, tendenze climatiche e culturali in atto, anomalia dell’HE4, abbandono dei siti paleolitici) suggerirebbe che l’evento combinato IC-HE4 – qui inteso come sistema complesso sostenuto da feedbacks – si inserì nelle dinamiche interattive uomo-ambiente come potenziale agente in grado di accelerare e/o catalizzare i processi di adattamento umano già innescati nei millenni precedenti in risposta all’eccezionale instabilità ed imprevedibilità ambientale della seconda metà del MIS 3. L’IC-HE4 agì probabilmente su questi processi con differenti modalità in relazione alle locali capacità ed opportunità di adattamento; un agente catalitico e selettivo – non necessariamente negativo – probabilmente molto più efficace degli ordinari fattori ambientali. 183 Clima e cambiamenti climatici: le attività di ricerca del CNR Questo modello di impatto dell’IC-HE4 si riferisce ovviamente ad una umanità estinta, una società di cacciatori raccoglitori tecnologicamente “semplice”, ma per molti versi meno vulnerabile di quella odierna. Questi risultati sottolineano quindi l’importanza di un ulteriore sviluppo delle ricerche sui meccanismi che governano il sistema interattivo vulcanismo-clima, in relazione soprattutto alle super-eruzioni, e al loro impatto sul popolamento antico, non solo come elemento conoscitivo in sé, ma anche come strumento di mitigazione dei rischi connessi ad eventi eruttivi estremi che inevitabilmente l’umanità dovrà in futuro nuovamente fronteggiare. Infatti, parafrasando un’espressione contenuta nel rapporto della Geological Society of London (Sparks et al., 2005), ‘it is not a question of “if” – it is a question of “when” …’. 5 BIBLIOGRAFIA ESSENZIALE Anikovich M.V., Sinitsyn A.A., Hoffecker J.F., Holliday V.T., Popov V.V., Lisitsyn S.N., Forman S.L., Levkovskaya G.M., Pospelova G.A., Kuz’mina I.E., Burova N.D., Goldberg P., Macphail R.I., Giaccio B., Praslov N.D., 2007. Early Upper Paleolithic in eastern Europe and implications for the dispersal of modern humans. Science, 315: 223-226. Fedele F.G., Giaccio B., Hajdas I. (submitted). Timescales and Cultural Process at 40 ka BP in the light of the Campanian Ignimbrite Eruption, Western Eurasia. Journal of Human Evolution. Fedele F.G., Giaccio B., Isaia R., Orsi G,. 2003. The Campanian Ignimbrite eruption, Heinrich event 4 and the Palaeolithic change in Europe: a high-resolution investigation. In Robock A., Oppenheimer C. (eds.). “Volcanism and Earth's Atmosphere”. Geophysical Monograph, 139: 301-325. Washington: AGU. 184 Fedele F.G., Giaccio B., Isaia R., Orsi G., Carrol M., Scaillet B., 2006. The Campanian Ignimbrite factor: towards a reappraisal of the Middle to Upper Palaeolithic "transition". In Torrence R., Grattan J. (eds.). “Natural Disasters and Cultural Change”. London, UK: UCL Press. Giaccio B., Hajdas I., Peresani M., Fedele F.G., Isaia R., 2006. The Campanian Ignimbrite tephra and its relevance for the timing of the Middle to Upper Palaeolithic shift. In Conard N. (ed) “When Neanderthals and Modern Humans Met”, pp. 343-375. Tübingen: Tübingen Publication in Prehystory. Giaccio B., Isaia R., Fedele F.G., Di Canzio E., Hoffecker J.F., Ronchitelli A., Sinitsyn A.A., Anikovich M., Lisitsyn S.N., Popov V.V. (in press). The Campanian Ignimbrite and Codola tephra layers: two temporal/stratigraphic markers for the Early Upper Palaeolithic in southern Italy and eastern Europe. Journal of Volcanology and Geothermal Research. Giaccio B., 2005. L’eruzione dell’Ignimbrite Campana (c. 40 ka BP), oscillazioni climatiche sub-orbitali e i cambiamenti bioculturali dell’OIS 3 europeo. Tesi di Dottorato, Università di Napoli “Federico II” pp. 164, www.fedoa.unina.it/583/. Marianelli P., Sbrana A., Proto M., 2006. Magma chamber of the Campi Flegrei supervolcano at the time of eruption of the Campanian Ignimbrite. Geology, 34(11): 937-940. Robock A., 2000. Volcanic eruptions and climate. Review of Geophysics 38: 191-219. Sparks S., Self S., Grattan J., Oppenheimer C., Pyle D., Rymer H. 2005. Super-eruptions: global effects and future threats. Report of a Geological Society of London Working Group. (2nd (print) Edn.), www.geolsoc.org.uk/supereruptions.